Taste of Nordic forests: Analysis of the taste of mushrooms and taste modification properties of nanocellulose

Abstract

Makuyhdisteiden pitoisuuksien ja niiden vuorovaikutuksien tutkiminen on tärkeä osa ruokatutkimusta. Koska ruoka on matriisina monimutkainen ja ihmisen aistimukset yksilöllisiä, ei yksittäisten yhdisteiden pitoisuuksien perusteella voida kuitenkaan muodostaa kokonaiskuvaa aistimuksesta. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kahden erilaisen matriisin makuun vaikuttavia tekijöitä erityisesti instrumentaalisilla, mutta myös aistinvaraisilla menetelmillä. Ensimmäisessä osassa tutkittiin sienten makua osana laajempaa suomalaisten sienten kokonaisflavoria ja miellyttävyyttä tutkivaa kokonaisuutta. Vapaiden aminohappojen sekä nukleotidien/nukleosidien pitoisuudet yhdistettiin sokereiden, sokerialkoholien- ja orgaanisten happojen pitoisuuksiin sekä aistinvaraisen arvioinnin tuloksiin tilastoanalyysin avulla. Toisessa osassa tutkittiin nanofibrilloidun selluloosan vaikutusta ruoan makuun. Tarkoituksena oli arvioida, voitaisiinko nanoselluloosaa käyttää ruokasovelluksissa erityisesti ruoan karvauden vaimentamiseen. Makuyhdisteiden sitoutumista nanoselluloosamatriisiin tutkittiin instrumentaalisesti työssä kehitetyllä fluoresoivan merkkiaineen korvautumismenetelmällä sekä aistinvaraisella analyysillä.

Työssä kehitettiin uusia kemiallisia menetelmiä sekä vapaiden aminohappojen ja nukleotidien/nukleosidien analysoimiseen sienissä, että nanoselluloosan ja makuyhdisteiden välisten vuorovaikutuksien arvioimiseen. Tulokset osoittavat, että sienten umamimakuun eivät vaikuta ainoastaan umamiaminohapot eivätkä makeuteen sokerit, vaan niiden lisäksi umaminukleotidit ja umamiyhdisteiden kokonaispitoisuus korreloivat umamin ja sokeri/happo-suhde makeuden aistimuksen kanssa. Instrumentaalisissa analyyseissa korkein sitoutumisvakio löydettiin karvaalta maistuvan kiniinin ja nanoselluloosan väliltä, kun taas sakkaroosi, glutamiinihappo ja aspartaami eivät sitoutuneet, minkä vuoksi nanoselluloosan oletettiin voivan toimia maunmuokkaajana elintarvikkeissa. Aistinvaraisissa analyyseissa nanoselluloosa kuitenkin osoittautui saman tasoiseksi tai huonommaksi maunmuokkaajaksi kuin referenssinä käytetty karboksimetyyliselluloosa. Väitöskirja osoittaa siis osaltaan makuaistimuksen monimutkaisuuden. Instrumentaalisten tutkimusten avulla saadaan suuntaviivoja aistinvaraisiin tutkimuksiin, mutta yksittäisten yhdisteiden tai yhdisteryhmien pitoisuuksien avulla ei voida tehdä johtopäätöksiä ruoan kokonaisaistimuksesta.

The assessment of taste eliciting compound concentrations and interactions is a vital part of food sciences. Even though many interactions are known and widely studied, both the complexity of food and the unique nature of human taste perceptions make it more difficult to draw conclusions about the impact of these interactions on actual perception solely based on instrumental studies. In this thesis, the taste properties of two different matrices were studied with sensory and instrumental methods, the emphasis being on instrumental analysis. First, the taste of mushrooms was analyzed as a part of a larger research entity on the total flavor and hedonic liking of the Nordic mushrooms. Simultaneously, free amino acid and nucleotide/nucleoside contents of mushrooms were analyzed and combined with results from sensory analysis and data of sugar, sugar alcohol and organic acid composition. Secondly, to learn about possibilities to utilize nanocellulose in food applications, particularly in bitterness modification, the impact of nanofibrillar cellulose on selected taste compounds was analyzed with a novel high-throughput method based on fluorescent indicator displacement and further, with sensory methods.

In this thesis, new methods were developed to analyze the free amino acid and nucleotide/nucleoside contents in mushrooms and the binding strengths between nanocellulose and taste compounds. These results were compared with the results from sensory evaluations. According to the statistical analysis, umami taste of mushrooms was not correlated primarily with glutamic acid or sweetness with total sugar contents, but they correlated better with umami enhancing nucleotides/EUC values and with the sugar-acid ratio, respectively. Further, relatively high binding was found particularly between nanofibrillar cellulose and bitter tasting quinine while compounds like sucrose, glutamic acid or aspartame showed no binding letting us to believe that nanocellulose could have ability to suppress bitterness. However, according to sensory studies, the taste modification ability of nanocellulose was on the same level or poorer as with carboxymethyl cellulose that was used as a reference. Both research entities emphasize the complexity of the taste perception. Even though instrumental methods provide valuable guidelines to be followed, particularly when studying novel materials, such as nanocellulose in this dissertation, the effect of chemical composition on taste is difficult to predict without sensory evaluations.